半導体装置及びその製造方法
【課題】従来の半導体装置では、配線層間に形成される酸化膜により、配線層間の接続抵抗値が低減され難いという問題があった。
【解決手段】本発明の半導体装置では、第１の配線層３と第２の配線層とを接続する開口領域８〜１２を埋設する第１の金属層１４〜１８上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２が形成されている。開口部２２内では、メッキ用金属層２３を構成するＣｒ層とＣｕメッキ層２４とが接続している。この構造により、第１の金属層１４〜１８上のＣｒ層は、結晶粒子間が広くなり、粗な領域となる。そして、Ｃｒ層の粗な領域には、第２の金属層１９とＣｕメッキ層２４との合金層が形成され、接続抵抗値が低減される。
【解決手段】本発明の半導体装置では、第１の配線層３と第２の配線層とを接続する開口領域８〜１２を埋設する第１の金属層１４〜１８上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２が形成されている。開口部２２内では、メッキ用金属層２３を構成するＣｒ層とＣｕメッキ層２４とが接続している。この構造により、第１の金属層１４〜１８上のＣｒ層は、結晶粒子間が広くなり、粗な領域となる。そして、Ｃｒ層の粗な領域には、第２の金属層１９とＣｕメッキ層２４との合金層が形成され、接続抵抗値が低減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線層間の接続抵抗値を低減するための半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の一実施例として、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）に示す如く、下記の製造方法が知られている。図１１（Ａ）に示す如く、シリコン基板８１上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜８２を形成した後、ＢＰＳＧ膜８２にコンタクトホール８３を形成する。次に、図１１（Ｂ）に示す如く、コンタクトホール８３を埋設するように、シリコン基板８１上にスパッタリング法を用いた連続処理により、チタン（Ｔｉ）膜８４、チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜８５、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜８６、Ｔｉ膜８７、ＴｉＮ膜８８を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述した膜８４〜８８をパターニングする。次に、図１１（Ｃ）に示す如く、シリコン基板８１上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、プラズマシリコン窒化膜（ＳｉＮ）８９、ＴＥＯＳ膜９０を順次形成する。その後、段差部にＳＯＧ膜９１を形成した後、プラズマＣＶＤ法を用い、ＴＥＯＳ膜９２を形成する。次に、図１１（Ｄ）に示す如く、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、コンタクトホール９３を形成する。このとき、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６の上部を８０（ｎｍ）以上エッチングする。次に、図１１（Ｅ）に示す如く、コンタクトホール８３を埋設するように、シリコン基板８１上にＴｉ膜９４、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜９５、ＴｉＮ膜９６を形成した後、パターニングし、配線層を形成する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、図１２（Ａ）〜図１２（Ｆ）に示す如く、下記の製造方法が知られている。図１２（Ａ）に示す如く、シリコン基板１０１の表面上に二酸化シリコン等の層間絶縁膜１０２を形成する。次に、図１２（Ｂ）に示す如く、層間絶縁膜１０２上にその膜厚が１．０（μｍ）程度のアルミニウム（Ａｌ）電極パッド１０３を形成する。次に、図１２（Ｃ）に示す如く、Ａｌ電極パッド１０３を含む層間絶縁膜１０２上にＣＶＤ法により窒化シリコン膜１０４を形成する。次に、図１２（Ｄ）に示す如く、Ａｌ電極パッド１０３上の窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成する。次に、図１２（Ｅ）に示す如く、開口部１０５から露出するＡｌ電極パッド１０３を被覆するようにバリアメタル膜１０６を形成する。次に、図１２（Ｆ）に示す如く、バリアメタル膜１０６上に電解メッキ法により金バンプ１０７を形成する（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平９−２１９４５０号公報（第３−５頁、第１−３図）
【特許文献２】特開平１１−１４５１７１号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の半導体装置の製造方法では、上層の配線層と下層の配線層とを接続させるために、プラズマＳｉＮ膜８９、ＴＥＯＳ膜９０、９２等にコンタクトホール９３を形成する。このとき、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６、Ｔｉ膜８７、ＴｉＮ膜８８も開口され、コンタクトホール９３からＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６が露出する。この製造方法により、コンタクトホール９３から露出するＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６は酸化され、露出するＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６上に酸化膜が形成される。その結果、上下層の配線層間の電流経路に酸化膜が形成されることで、上下層の配線層間の接続抵抗値が低減され難いという問題がある。
【０００５】
また、従来の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜１０２上にＡｌ電極パッド１０３を形成した後、Ａｌ電極パッド１０３上にパッシベーション膜としての窒化シリコン膜１０４を形成する。そして、Ａｌ電極パッド１０３の窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成した後、例えば、スパッタリング法により露出したＡｌ電極パッド１０３上にバリアメタル膜１０６を形成する。この製造方法により、窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成し、バリアメタル膜１０６を形成する工程において、開口部１０５から露出するＡｌ電極パッド１０３が酸化され、Ａｌ電極パッド１０３上に酸化膜が形成される。そして、Ａｌ電極パッド１０３上の電流経路は、Ａｌ電極パッド１０３、Ａｌ電極パッド１０３上の酸化膜、バリアメタル膜１０６及び金バンプ１０７となる。その結果、電流経路に酸化膜が形成されることで、Ａｌ電極パッド１０３上での抵抗値が低減され難いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置では、半導体基板上に絶縁処理され設けられる第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように形成される第１の絶縁層と、前記第１の配線層の表面を露出するように、前記第１の絶縁層に設けられる開口領域と、前記開口領域を埋設し、前記第１の配線層と接続するように形成される第１の金属層と、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層と、前記第２の配線層を被覆するように形成される第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層に形成された開口部を介して前記第２の配線層と接続するように形成される第３の配線層とを有する半導体装置において、前記開口部は、前記第１の金属層の形成領域上に配置され、前記開口部内に位置する前記第２の配線層と前記第３の配線層との接続領域には、前記第２の配線層を構成する金属層と前記第３の配線層を構成する金属層との合金層が生成されていることを特徴とする。従って、本発明では、第１の金属層上の第２の配線層と第３の配線層との接続領域には合金層が形成され、その合金層により接続抵抗値が低減される。
【０００７】
また、本発明の半導体装置では、前記第３の配線層は、クロム層と、前記クロム層上に銅層を有し、前記第１の金属層と接続している第２の配線層上に形成された前記クロム層の結晶粒子間隔は、他の領域の前記クロム層の結晶粒子間隔よりも広くなり、前記合金層は、前記クロム層の広い結晶粒子間に生成されていることを特徴とする。従って、本発明では、第２の配線層と第３の配線層との接続領域では、クロム層の広い結晶粒子間に合金層が形成され、その合金層が電流経路となり、接続抵抗値が低減される。
【０００８】
また、本発明の半導体装置では、前記第２の配線層は、バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される第２の金属層とを有し、前記第２の金属層は、前記第１の金属層と接続し、前記開口部内の前記クロム層は、前記第１の金属層上の前記第２の金属層と接続していることを特徴とする。従って、本発明では、クロム層は、第１の金属層と接続する領域の第２の金属層上に形成され、第１の金属層上のクロム層は粗な領域となる。
【０００９】
また、本発明の半導体装置では、前記第１の金属層は、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層から成り、前記第２の金属層は、スパッタリング法により形成されたアルミニウム層またはアルミニウム合金層から成り、前記クロム層は、スパッタリング法により形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層上に、スパッタリング法により第２の金属層及びクロム層が形成されることで、クロム層の粗な領域が形成されている。
【００１０】
また、本発明の半導体装置では、前記第３の配線層の銅層は、銅メッキ層であることを特徴とする。従って、本発明では、アルミニウム層またはアルミニウム合金層と銅層との金属反応により合金層が生成される。
【００１１】
また、本発明の半導体装置では、前記開口領域上の前記第２の配線層は、電極として用いられることを特徴とする。従って、本発明では、電極上での配線層との接続抵抗値が低減される。
【００１２】
また、本発明の半導体装置では、前記第２の絶縁層は、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜から成ることを特徴とする。従って、本発明では、本発明では、スピンコート樹脂膜としてポリベンズオキサゾール膜等が用いられることで、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化が防止され、半導体素子の表面が安定化する。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上を絶縁処理し、前記絶縁処理された半導体基板上に第１の配線層を形成し、前記第１の配線層を被覆するように前記絶縁処理された半導体基板上に第１の絶縁層を形成した後、前記第１の配線層の表面が露出するように前記第１の絶縁層に開口領域を形成する工程と、前記開口領域を埋設するように前記第１の絶縁層上に第１の金属層を形成し、前記第１の金属層を選択的に除去した後、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に第２の配線層を形成する工程と、前記第２の配線層を被覆するように前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成した後、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、第１の配線層と第２の配線層とを接続する開口領域上に、第２の配線層と第３の配線層とを接続する開口部を形成する。この製造方法により、第２の配線層と第３の配線層との接続領域には合金層が形成され、その合金層により接続抵抗値が低減される。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、ウエハの一主面上に絶縁処理され形成される第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層から前記第１の配線層が露出するように形成される開口領域と、前記開口領域内を埋設する第１の金属層と、前記第１の金属層を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層とを有する前記ウエハを準備する工程と、前記第２の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成する工程と、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、第２の配線層を形成するメーカーと第３の配線層を形成するメーカーが異なる場合においても、第２の配線層と第３の配線層との接続領域での抵抗値を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、上下層の配線層間の接続領域に、両配線層を構成する金属による合金層が形成されている。その合金層が電流経路となることで、接続抵抗値が低減される。
【００１６】
また、本発明では、上下層の配線層間の接続領域において、ＣＶＤ法により形成された金属層上にスパッタリング法により形成された金属層が積層されている。この構造により、配線層間の接続領域は、合金層が形成され易い構造となる。
【００１７】
また、本発明では、メッキ用金属層としてクロム層が用いられることで、ポリベンズオキサゾール膜と配線層間の密着性が向上される。
【００１８】
また、本発明では、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜がスピンコート樹脂膜として用いられることで、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化が防止される。
【００１９】
また、本発明では、合金層は、アルミニウム層またはアルミニウム合金層と銅層との金属反応により生成されている。両金属層は、お互いに親和性の良い金属であり、クロム層の粗な領域において反応し易く、パッド電極上での抵抗値が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１の実施の形態である半導体装置について、図１から図５を参照し、詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図１（Ｂ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態の半導体装置における開口領域を説明するための平面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の半導体装置における開口領域上の構造を説明するための断面図である。図４は、開口領域上の金属反応する領域を説明するための解析図である。図５は、開口領域上の金属反応しない領域を説明するための解析図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示す如く、シリコン基板１上には、絶縁処理用の絶縁層２が形成されている。絶縁層２は、例えば、シリコン酸化膜、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜等の少なくとも１層が選択されて形成されている。尚、シリコン基板１上に絶縁層２が形成されることで、シリコン基板１上が絶縁処理される。また、シリコン基板１としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、シリコン基板１としては、化合物半導体基板であってもよい。
【００２２】
続いて、絶縁層２上に第１の配線層３が形成されている。第１の配線層３は、例えば、バリアメタル膜４上に金属膜５が形成され、その金属膜５上に反射防止膜６が形成されている。そして、バリアメタル膜４は、例えば、チタン（Ｔｉ）やチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の高融点金属から成る。また、金属膜５は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜やアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）膜等から選択されて成るアルミニウム（Ａｌ）を主体とする合金膜から成る。また、反射防止膜６は、例えば、ＴｉＮ、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の高融点金属から成る。そして、第１の配線層３の膜厚は、例えば、０．４〜３．０（μｍ）である。
【００２３】
続いて、第１の絶縁層７が、第１の配線層３上を含め、絶縁層２上面に形成されている。この第１の絶縁層７は、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜等の少なくとも１層が選択されて形成されている。
【００２４】
続いて、開口領域８、９、１０、１１、１２が、反射防止膜６及び第１の絶縁層７を開口して形成されている。開口領域８〜１２は、フォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより、第１の配線層３上の反射防止膜６及び第１の絶縁層７に形成されている。
【００２５】
続いて、バリアメタル膜１３が、開口領域８〜１２内を含む第１の絶縁層７上面に形成されている。バリアメタル膜１３は、例えば、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成る。そして、開口領域８〜１２内では、バリアメタル膜１３は、第１の配線層３と直接接続している。
【００２６】
続いて、第１の金属層１４、１５、１６、１７、１８が、開口領域８〜１２内に埋設されている。第１の金属層１４〜１８は、例えば、タングステン（Ｗ）層から成り、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されている。
【００２７】
続いて、第２の金属層１９が、バリアメタル膜１３及び第１の金属層１４〜１８上面に形成されている。第２の金属層１９は、例えば、Ａｌ層やＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から少なくとも１層が選択されて成るＡｌを主体とする合金層により形成されている。そして、第２の金属層１９及びバリアメタル膜１３は、第２の配線層２０を構成している。尚、図示していないが、開口部２２から露出しない領域の第２の金属層１９上面には、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属層から成る反射防止膜が形成されている場合でもよい。
【００２８】
続いて、スピンコート樹脂膜２１が、第２の配線層２０上を含め、第１の絶縁層７上面に形成されている。スピンコート樹脂膜２１は第２の絶縁層であり、例えば、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）膜またはポリイミド樹脂膜等から成る。そして、ＰＢＯ膜は、感光性樹脂であり、高耐熱性、高機械特性及び低誘電性等の特性を有する膜である。更に、ＰＢＯ膜は、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化を防止し、半導体素子の表面を安定化させることができる。
【００２９】
前述した開口領域８〜１２の形成領域上であり、第２の金属層１９上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２が形成されている。この開口部２２は、フォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ウエットエッチングにより形成されている。この開口部２２は、開口領域８〜１２の形成領域上が開口されるように、大きく１つの開口形状である。そして、開口部２２からは、第２の金属層１９が露出している。
【００３０】
続いて、メッキ用金属層２３が、開口部２２内を含むスピンコート樹脂膜２１上面に形成されている。そして、メッキ用金属層２３は、開口部２２内では第２の金属層１９と直接接続している。
【００３１】
このメッキ用金属層２３としては、二つのタイプの膜が積層して設けられている。一つ目の膜は、高融点金属膜であり、例えば、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層であり、スパッタリング法により形成されている。一つ目の膜は、メッキ用金属層２３上にメッキ層を形成する際のシード層として用いられる。更に、この一つ目の膜の上には二つ目の膜として、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が、例えば、スパッタリング法により形成されている。二つ目の膜は、メッキ用金属層２３上にメッキ層を形成する際の種として用いられる。そして、スピンコート樹脂膜２１としてＰＢＯ膜を用いた場合、例えば、メッキ用金属層２３としてＣｒ層を用いることで、ＰＢＯ膜とＣｒ層との密着性及びＣｒ層とＣｕメッキ層２４との密着性により、ＰＢＯ膜とＣｕメッキ層２４間の密着性が向上される。
【００３２】
続いて、Ｃｕメッキ層２４が、メッキ用金属層２３上面に、例えば、電解メッキ法により形成されている。Ｃｕメッキ層２４が形成される場合には、メッキ用金属層２３としてＣｕ層が用いられる。
【００３３】
一方、Ｃｕメッキ層２４に換えて金（Ａｕ）メッキ層が形成される場合には、メッキ用金属層２３として、Ｃｕ層に換えてＮｉ層が用いられる。
【００３４】
尚、図１（Ａ）では、メッキ用金属層２３としてＣｕ層を形成し、当該Ｃｕ層上面にＣｕメッキ層２４を形成する場合を図示している。そのため、メッキ用金属層２３としてのＣｕ層は、実質、電解メッキ法によりＣｕメッキ層２４と置き換わるため、Ｃｕメッキ層２４と一体に図示している。また、Ｃｕメッキ層２４に換えて、メッキ用金属層２３上に、例えば、Ａｕまたは半田から成るバンプ電極を形成する場合でもよい。
【００３５】
また、図示していないが、第２の配線層２０上面にシールド層が形成されている場合でもよい。シールド層は、例えば、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜から形成され、絶縁層２、７内への水分の進入を防止し、配線層等の腐食を防止することができる。シールド層が形成される場合には、開口部２２内に位置するシールド層は取り除かれ、開口部２２からは第２の金属層１９が露出する構造となる。
【００３６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造にバンプ電極が形成された構造を図示している。そのため、図１（Ａ）と同一の構成部材には同一の符番を付し、異なる構成部材のみを説明し、同一の構成部材はその説明を省略する。尚、メッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４が、配線層として用いられ、任意の領域に引き廻されたＣｕメッキ層２４上にバンプ電極が形成される構造を図示している。
【００３７】
図示の如く、先ずは、ＰＢＯ膜２５が、図１（Ａ）に示す構造の表面に形成されている。そして、Ｃｕメッキ層２４上のＰＢＯ膜２５には開口部２６が形成され、開口部２６からはＣｕメッキ層２４の一部が露出している。
【００３８】
続いて、バンプ電極２７が、開口部２６を介してＣｕメッキ層２４と接続して形成されている。バンプ電極２７は、例えば、下層からＣｕ、Ａｕ、半田の順に形成されている。
【００３９】
図１（Ｂ）に示す構造では、Ｃｕメッキ層２４は、この部分から半導体素子の形成領域と電気的に接続する配線層として用いられる場合でもよい。そして、Ｃｕ配線層として用いられることで、Ａｌ配線層の場合と比較して、配線抵抗値が低減される。具体的には、Ｃｕ配線層のシート抵抗値は、２．０（μΩ・ｃｍ）程度であり、Ａｌ配線層のシート抵抗値は、３．０（μΩ・ｃｍ）程度である。更に、配線層としてのＣｕメッキ層２４は、電解メッキ法により形成されることで、その膜厚が１０．０（μｍ）程度となる。一方、Ａｌ配線層は、スパッタリング法により形成されることで、その膜厚が２．０〜３．０（μｍ）程度となる。つまり、Ｃｕメッキ層２４が配線層として用いられることで、その膜厚によっても配線抵抗値が低減される。
【００４０】
図２（Ａ）は、第２の配線層２０を構成する第２の金属層１９下方の第１の絶縁層７に形成された複数の開口領域８〜１２ついて示している。尚、実線は第１の絶縁層７に形成された開口領域８〜１２を示し、点線は第２の金属層１９を示し、一点鎖線は第１の配線層３を示している。
【００４１】
図示したように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域の第１の絶縁層７に開口領域８〜１２が形成されている。前述したように、開口領域８〜１２には第１の金属層１４〜１８（図１（Ａ）参照）が埋設され、第１の配線層３と第２の配線層２０とは電気的に接続している。そして、開口領域８〜１２は、例えば、一辺の長さが０．５〜２０．０（μｍ）の範囲から成り、四角形形状である。詳細は後述するが、第１の金属層１４〜１８上に直接第２の金属層１９が形成される領域が増大することで、開口領域１４〜１８上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が低減される。尚、開口領域８〜１２の開口形状は、必ずしも四角形形状である必要はなく、三角形形状、円形状等の種々の形状であってもよい。
【００４２】
また、図２（Ｂ）に示すように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域が、配線パターンの線幅よりも広く配置される場合、例えば、正方形状となる場合でもよい。前述した重なり合う領域に位置する第１の絶縁層７に開口領域８〜１２、２８〜４７が形成される場合でもよい。そして、開口領域８〜１２、２８〜４７が、例えば、前述した重なり合う領域の第１の絶縁層７に市松模様となるように形成されている。ここでの市松模様とは、あたかも開口領域８〜１２、２８〜４７が島状に位置し、マトリックス状に並んだ形状であり、第１の絶縁層７は、この開口領域８〜１２、２８〜４７を囲むように格子状に形成されている。尚、詳細は後述するが、第１の金属層であるＷ層が埋設される領域が増大することで、開口領域８〜１２、２８〜４７上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が大幅に低減される。
【００４３】
一方、図２（Ｃ）に示すように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域に位置する第１の絶縁層７に１つの開口領域４８が形成される場合でもよい。尚、詳細は後述するが、第１の金属層であるＷ層が埋設される領域が増大することで、開口領域４８上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が大幅に低減される。
【００４４】
図３（Ａ）は、開口領域９〜１１上でのバリアメタル膜１３、第１の金属層１５〜１７、第２の金属層１９、メッキ用金属層２３、Ｃｕメッキ層２４の接続状態を示している。尚、図示していないが、開口領域８、１２上においても同様な構造となる。
【００４５】
第２の金属層１９は、Ａｌ層またはＡｌ合金層であり、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜１３または第１の金属層１５〜１７上に堆積されている。そして、バリアメタル膜１３は、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属であり、例えば、スパッタリング法により第１の絶縁層７上面に形成されている。そして、バリアメタル膜１３の結晶構造は、柱状結晶構造であると推定される。一方、第１の金属層１５〜１７は、Ｗ層であり、例えば、ＣＶＤ法により形成されている。そして、第１の金属層１５〜１７の結晶構造は、微小なグレインから構成された多結晶構造であると推定される。つまり、第１の金属層１５〜１７の結晶構造は、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４６】
この構造により、第２の金属層１９は、下層膜の結晶構造の影響を受けるため、第２の金属層１９の結晶構造は、バリアメタル膜１３上と第１の金属層１５〜１７上とでは異なる。具体的には、第２の金属層１９は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜１３上面では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、第２の金属層１９は、砂状のハッチングがされた領域、つまり、第１の金属層１５〜１７上面では、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４７】
更に、メッキ用金属層２３を構成するＣｒ層が、例えば、スパッタリング法により第２の金属層１９上面に堆積されている。そして、Ｃｒ層においても第２の金属層１９と同様に、下層膜の結晶構造の影響を受ける。そのため、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜１３上方では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、斜線のハッチングがされた領域、つまり、第１の金属層１５〜１７上方では、Ｃｒ層は、結晶粒子間が粗な状態であり、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４８】
Ｃｕメッキ層２４は、結晶粒子間が粗な状態と結晶粒子間が密な状態の両状態を有するＣｒ層上面に形成されている。そして、前述したように、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間が広くなり、結晶粒子が存在している部分と結晶粒子が存在していない部分が発生する。この結晶粒子が粗な領域において、Ｃｕメッキ層２４とＡｌ層またはＡｌ合金層から成る第２の金属層１９とが金属反応している。この現象は、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層（Ａｌ層またはＡｌ合金層）１９とは、親和性が良く、金属反応し易いために起こる。
【００４９】
具体的には、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子同士が密に接しておらず、結晶粒子間が開いて存在する、粗状態となる。そして、後工程の熱処理、例えば、バンプ電極形成時の熱処理により、Ｃｒ層の結晶粒子が粗な領域では、Ｃｒ層の上下に形成されたＣｕメッキ層２４と第２の金属層１９とが、結晶粒子間を流動し、金属反応する。そして、金属反応した領域には、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成されている。
【００５０】
図３（Ｂ）では、開口領域４９、５０、５１が形成された絶縁層５２上面に金属層５３、メッキ用金属層５４及びＣｕメッキ層５５が形成されている構造を示している。図示したように、開口領域４９〜５１は、バリアメタル膜５６、５７、５８及び金属層５９、６０、６１により埋設された後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により研磨されている。そして、絶縁層５２、バリアメタル膜５６〜５８及び金属層５９〜６１により平坦面が形成され、その平坦面上に金属層５３が形成されている。尚、図２（Ａ）と同様に、金属層５３は、Ａｌ層またはＡｌ合金層であり、例えば、スパッタリング法により形成されている。メッキ用金属層５４を構成するＣｒ層は、例えば、スパッタリング法により形成されている。バリアメタル膜５６〜５８は、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属であり、例えば、スパッタリング法により形成されている。金属層５９〜６１は、Ｗ層であり、例えば、ＣＶＤ法により形成されている。また、Ｃｕメッキ層５５は、メッキ用金属層５４を構成するＣｕ層を種として電解メッキ法により形成されている。
【００５１】
この構造により、金属層５３は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜５６〜５８及び絶縁層５２上面では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、金属層５３は、砂状のハッチングがされた領域、つまり、金属層５９〜６１上面では、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００５２】
更に、メッキ用金属層５４を構成するＣｒ層は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜５６〜５８及び絶縁層５２上方では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、斜線のハッチングがされた領域、つまり、金属層５９〜６１上方では、Ｃｒ層は、結晶粒子間が粗な状態であり、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００５３】
そして、Ｃｕメッキ層５５は、結晶粒子間が粗な状態と結晶粒子間が密な状態の両状態を有するＣｒ層上面に形成されている。図３（Ａ）の構造にて前述したように、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間が広くなり、Ｃｒ層の結晶粒子間において、Ｃｕメッキ層５５とＡｌ層またはＡｌ合金層から成る金属層５３とが金属反応している。そして、金属反応した領域には、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成されている。
【００５４】
図４は、図３（Ａ）に示すメッキ用金属層２３において、斜線のハッチングがされた領域の解析図である。図示したように、＋印０１１が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域上がＣｕメッキ層２４である。＋印０１２が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域がＣｒ層である。＋印０１３が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域が破断されている領域が合金層である。＋印０１４が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域下が第２の金属層１９である。図に示すように、Ｃｒ層の結晶粒子が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間を前述した金属が流動し、金属反応した合金層により、Ｃｒ層が破断されている。そして、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９とが、合金層により接続されている。
【００５５】
このとき、定かではないが、第２の金属層１９表面に形成された酸化膜は、金属反応の際に、若干、金属反応する領域から他の領域に追いやられたり、あるいは、拡散し無くなってしまったりする。つまり、金属反応し、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成される領域は、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９との間にＣｒ層が存在する領域よりも低抵抗領域となる。
【００５６】
図５は、図３（Ａ）に示すメッキ用金属層２３において、ハッチングがされていない領域の解析図である。図示したように、＋印００１が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域上の黒い領域がＣｕメッキ層２４である。＋印００２が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域の直上が、Ｃｕメッキ層２４とＣｒ層との境界領域である。＋印００３が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域がＣｒ層である。＋印００４が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域の直下がＣｒ層と第２の金属層１９との境界領域である。＋印００６が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域下の白い領域が第２の金属層１９である。図に示すように、Ｃｒ層の結晶粒子は柱状結晶状態であり、結晶粒子同士が当接するようにＣｒ層は密な状態である。そのため、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９とは、Ｃｒ層の結晶粒子間を介して金属反応することなく、Ｃｒ層により区分されている。尚、＋印００４で示す領域では、第２の金属層１９表面に形成された酸化膜も観察される。
【００５７】
そして、Ｃｒ層の結晶粒子が密な領域では、第２の金属層１９表面の酸化膜及びＣｒ層によって、金属反応し合金層が存在する領域よりも高抵抗領域となる。
【００５８】
つまり、Ｃｕメッキ層２４は、第１の配線層３と第２の配線層２０とを接続させる開口領域８〜１２上において、第２の配線層２０と接続している。この構造により、第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４間を流れる電流は、開口領域８〜１２上方のＣｕとＡｌとを含む合金層が形成された領域を主な電流経路としている。前述したように、Ｃｒ層が粗な領域であり、合金層が形成された領域は、Ｃｒ層が密な領域よりも低抵抗領域であるため、第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が低減される。
【００５９】
尚、本実施の形態では、メッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４により配線層を構成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３に換えて、例えば、スパッタリング法によりＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成るバリアメタル膜を形成し、Ｃｕメッキ層２４に換えて、例えば、スパッタリング法によりＣｕ層を形成する構造の場合でもよい。この構造においても、バリアメタル膜の粗な領域を介して、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成され、更に、第２の金属層１９上の酸化膜が拡散し無くなる等により、第２の配線層２０とＣｕ層との接続抵抗値が低減される。また、スピンコート樹脂膜２１に換えて、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜等の絶縁層が形成される場合でもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、Ａｌ層またはＡｌ合金層を主金属材料とする第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４から成る配線層との接続構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、配線幅を広く形成した領域を電極として用い、電極とＣｕメッキ層との接続抵抗値を低減する構造でもよい。この構造においても、電極下方に配置しれた開口領域内にＷ層を埋設し、電極を構成するＡｌ層またはＡｌ合金層とＣｕメッキ層とが金属反応し、電極上に合金層が形成されることで同様な効果を得ることができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、絶縁層２上方に、第１の配線層３、第２の配線層２０及びＣｕメッキ層２４から成る配線層が形成される構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁層２内に、例えば、Ａｌ層またはＡｌ合金層を主金属材料とする配線層が形成され、更なる、多層配線構造となる場合でもよい。また、絶縁層２に形成された開口領域を介して、第１の配線層３とシリコン基板１に形成された半導体素子の拡散領域とが電気的に接続している構造の場合でもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法について、図６〜図９を参照し、詳細に説明する。図６〜図９は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、本実施の形態では、図１（Ａ）に示す構造の製造方法を説明するため、同一の構成部材には同一の符番を付している。
【００６３】
先ず、図６に示す如く、シリコン基板（ウエハ）１を準備し、シリコン基板１上に絶縁層２を形成する。シリコン基板１としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、シリコン基板１としては、化合物半導体基板であってもよい。当然であるが、シリコン基板１（エピタキシャル層が形成されている場合には、エピタキシャル層も含む）には、拡散領域により半導体素子が形成されている。また、絶縁層２としては、シリコン酸化膜、ＮＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等の少なくとも１層が選択されて形成され、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
【００６４】
続いて、絶縁層２上に第１の配線層３を形成する。具体的には、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜４として、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。連続して、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、金属膜５として、例えば、Ａｌ膜またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金膜を堆積する。更に、連続して、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、反射防止膜６として、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属を堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜４、金属膜５及び反射防止膜６を選択的に除去し、第１の配線層３を形成する。
【００６５】
次に、図７に示す如く、第１の配線層３上を含む、シリコン基板１上に第１の絶縁層７を形成する。第１の絶縁層７としては、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜等が形成される。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、第１の配線層３上の反射防止膜６及び第１の絶縁層７に開口領域８、９、１０、１１、１２を形成する。開口領域８〜１２は、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより形成される。
【００６６】
次に、図８に示す如く、開口領域８〜１２内を含む、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜１３として、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。そして、シリコン基板１上に、例えば、ＣＶＤ法により、第１の金属層１４〜１８としてＷ層を堆積した後、エッチバックし、開口領域８〜１２内をバリアメタル膜１３及び第１の金属層１４〜１８により埋設する。その後、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、第２の金属層１９として、例えば、Ａｌ層またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金層を堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜１３及び第２の金属層１９を選択的に除去し、第２の配線層２０を形成する。
【００６７】
尚、必要に応じてＡｌ層またはＡｌ合金層から成る第２の金属層１９の上層には、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属から成る反射防止膜が形成されてもよい。
【００６８】
次に、図９に示す如く、シリコン基板１上に、例えば、回転塗布法により、スピンコート樹脂膜２１を形成する。材料としては、ＰＢＯ膜、ポリイミド樹脂膜等が用いられる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、開口領域８〜１２の形成領域であり、第２の金属層１９上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２を形成する。そして、開口部２２からは、第２の金属層１９が露出している。尚、スピンコート樹脂膜２１に開口部２２を形成する工程により、第２の金属層１９表面に、例えば、３（ｎｍ）程度の酸化膜が形成される。
【００６９】
次に、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、Ｃｒ層７１とＣｕ層７２とを全面に堆積して形成する。そして、例えば、メッキ用金属層２３としてＣｒ層７１を用いることで、ＰＢＯ膜とＣｕメッキ層２４（図１０参照）間の密着性を向上させることができる。その後、Ｃｕメッキ層２４をリフトオフにパターニングするため、Ｃｕメッキ層２４の形成領域を除いた部分にフォトレジスト層７３を形成する。
【００７０】
次に、図１０に示す如く、電解メッキ法により、Ｃｕメッキ層２４を形成する。前述したように、Ｃｒ層７１はシード層として用いられ、Ｃｕ層７２は電解メッキの際の種として用いられる。
【００７１】
続いて、前述したフォトレジスト層７３を取り除くことにより、Ｃｒ層７１及びＣｕ層７２上のＣｕメッキ層２４がパターニングされる。更に、このＣｕメッキ層２４をマスクとして用い、ウエットエッチングによりＣｒ層７１及びＣｕ層７２を選択的に除去し、図１（Ａ）に示す構造が完成する。その後、図示していないが、Ｃｕメッキ層２４上にＰＢＯ膜２５、バンプ電極２７（図１（Ｂ）参照）を形成する場合でもよい。
【００７２】
尚、電解メッキ法により、メッキ用金属層２３上にＣｕメッキ層２４が形成されるが、Ｃｕ層７２は、実質、Ｃｕメッキ層２４と置き換えられる。そのため、Ｃｕメッキ層２４とＣｕ層７２とは一体に図示し、Ｃｒ層７１のみ図示している。
【００７３】
本実施の形態では、ウエハを準備し、ウエハ上に絶縁層２、第１の配線層３、第１の絶縁層７、開口領域８〜１２、バリアメタル膜１３、第１の金属層１４〜１８、第２の金属層１９を形成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁層２、第１の配線層３、第１の絶縁層７、開口領域８〜１２、バリアメタル膜１３、第１の金属層１４〜１８、第２の金属層１９が形成された状態のウエハを準備し、前記ウエハに対してスピンコート樹脂膜２１、開口部２２、メッキ用金属層２３、Ｃｕメッキ層２４、バンプ電極２７等を形成する場合でもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、メッキ用金属層２３として、Ｃｒ層７１上にＣｕ層７２を堆積する場合（図９参照）について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３としては、Ｃｒ層７１の換わりにＴｉ層やＴｉＷ層が用いられ、Ｃｕ層７２の換わりにＮｉ層が形成される場合でもよい。そして、Ｎｉ層が用いられる場合には、Ｎｉ層上にＣｕメッキ層に換えてＡｕメッキ層が形成される場合でもよい。
【００７５】
また、本実施の形態では、開口部２２内及びスピンコート樹脂膜２１上にメッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４を形成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３に換えて、例えば、スパッタリング法によりＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成るバリアメタル膜を形成し、Ｃｕメッキ層２４に換えて、例えば、スパッタリング法によりＣｕ層を形成する場合でもよい。この製造方法においても、バリアメタル膜の粗な領域を介して、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成され、更に、第２の金属層１９上の酸化膜が拡散し無くなる等により、第２の配線層２０とＣｕ層との接続抵抗値が低減される。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置の金属反応する領域を説明するための解析図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の金属反応しない領域を説明するための解析図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図である。
【図１２】従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図、（Ｆ）断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ シリコン基板
３ 第１の配線層
７ 第１の絶縁層
８ 開口領域
１３ バリアメタル膜
１４ 第１の金属層
１９ 第２の金属層
２０ 第２の配線層
２１ スピンコート樹脂膜
２３ メッキ用金属層
２４ Ｃｕメッキ層
２７ バンプ電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線層間の接続抵抗値を低減するための半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の一実施例として、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）に示す如く、下記の製造方法が知られている。図１１（Ａ）に示す如く、シリコン基板８１上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜８２を形成した後、ＢＰＳＧ膜８２にコンタクトホール８３を形成する。次に、図１１（Ｂ）に示す如く、コンタクトホール８３を埋設するように、シリコン基板８１上にスパッタリング法を用いた連続処理により、チタン（Ｔｉ）膜８４、チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜８５、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜８６、Ｔｉ膜８７、ＴｉＮ膜８８を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述した膜８４〜８８をパターニングする。次に、図１１（Ｃ）に示す如く、シリコン基板８１上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、プラズマシリコン窒化膜（ＳｉＮ）８９、ＴＥＯＳ膜９０を順次形成する。その後、段差部にＳＯＧ膜９１を形成した後、プラズマＣＶＤ法を用い、ＴＥＯＳ膜９２を形成する。次に、図１１（Ｄ）に示す如く、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、コンタクトホール９３を形成する。このとき、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６の上部を８０（ｎｍ）以上エッチングする。次に、図１１（Ｅ）に示す如く、コンタクトホール８３を埋設するように、シリコン基板８１上にＴｉ膜９４、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜９５、ＴｉＮ膜９６を形成した後、パターニングし、配線層を形成する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、図１２（Ａ）〜図１２（Ｆ）に示す如く、下記の製造方法が知られている。図１２（Ａ）に示す如く、シリコン基板１０１の表面上に二酸化シリコン等の層間絶縁膜１０２を形成する。次に、図１２（Ｂ）に示す如く、層間絶縁膜１０２上にその膜厚が１．０（μｍ）程度のアルミニウム（Ａｌ）電極パッド１０３を形成する。次に、図１２（Ｃ）に示す如く、Ａｌ電極パッド１０３を含む層間絶縁膜１０２上にＣＶＤ法により窒化シリコン膜１０４を形成する。次に、図１２（Ｄ）に示す如く、Ａｌ電極パッド１０３上の窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成する。次に、図１２（Ｅ）に示す如く、開口部１０５から露出するＡｌ電極パッド１０３を被覆するようにバリアメタル膜１０６を形成する。次に、図１２（Ｆ）に示す如く、バリアメタル膜１０６上に電解メッキ法により金バンプ１０７を形成する（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平９−２１９４５０号公報（第３−５頁、第１−３図）
【特許文献２】特開平１１−１４５１７１号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の半導体装置の製造方法では、上層の配線層と下層の配線層とを接続させるために、プラズマＳｉＮ膜８９、ＴＥＯＳ膜９０、９２等にコンタクトホール９３を形成する。このとき、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６、Ｔｉ膜８７、ＴｉＮ膜８８も開口され、コンタクトホール９３からＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６が露出する。この製造方法により、コンタクトホール９３から露出するＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６は酸化され、露出するＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜８６上に酸化膜が形成される。その結果、上下層の配線層間の電流経路に酸化膜が形成されることで、上下層の配線層間の接続抵抗値が低減され難いという問題がある。
【０００５】
また、従来の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜１０２上にＡｌ電極パッド１０３を形成した後、Ａｌ電極パッド１０３上にパッシベーション膜としての窒化シリコン膜１０４を形成する。そして、Ａｌ電極パッド１０３の窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成した後、例えば、スパッタリング法により露出したＡｌ電極パッド１０３上にバリアメタル膜１０６を形成する。この製造方法により、窒化シリコン膜１０４に開口部１０５を形成し、バリアメタル膜１０６を形成する工程において、開口部１０５から露出するＡｌ電極パッド１０３が酸化され、Ａｌ電極パッド１０３上に酸化膜が形成される。そして、Ａｌ電極パッド１０３上の電流経路は、Ａｌ電極パッド１０３、Ａｌ電極パッド１０３上の酸化膜、バリアメタル膜１０６及び金バンプ１０７となる。その結果、電流経路に酸化膜が形成されることで、Ａｌ電極パッド１０３上での抵抗値が低減され難いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置では、半導体基板上に絶縁処理され設けられる第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように形成される第１の絶縁層と、前記第１の配線層の表面を露出するように、前記第１の絶縁層に設けられる開口領域と、前記開口領域を埋設し、前記第１の配線層と接続するように形成される第１の金属層と、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層と、前記第２の配線層を被覆するように形成される第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層に形成された開口部を介して前記第２の配線層と接続するように形成される第３の配線層とを有する半導体装置において、前記開口部は、前記第１の金属層の形成領域上に配置され、前記開口部内に位置する前記第２の配線層と前記第３の配線層との接続領域には、前記第２の配線層を構成する金属層と前記第３の配線層を構成する金属層との合金層が生成されていることを特徴とする。従って、本発明では、第１の金属層上の第２の配線層と第３の配線層との接続領域には合金層が形成され、その合金層により接続抵抗値が低減される。
【０００７】
また、本発明の半導体装置では、前記第３の配線層は、クロム層と、前記クロム層上に銅層を有し、前記第１の金属層と接続している第２の配線層上に形成された前記クロム層の結晶粒子間隔は、他の領域の前記クロム層の結晶粒子間隔よりも広くなり、前記合金層は、前記クロム層の広い結晶粒子間に生成されていることを特徴とする。従って、本発明では、第２の配線層と第３の配線層との接続領域では、クロム層の広い結晶粒子間に合金層が形成され、その合金層が電流経路となり、接続抵抗値が低減される。
【０００８】
また、本発明の半導体装置では、前記第２の配線層は、バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される第２の金属層とを有し、前記第２の金属層は、前記第１の金属層と接続し、前記開口部内の前記クロム層は、前記第１の金属層上の前記第２の金属層と接続していることを特徴とする。従って、本発明では、クロム層は、第１の金属層と接続する領域の第２の金属層上に形成され、第１の金属層上のクロム層は粗な領域となる。
【０００９】
また、本発明の半導体装置では、前記第１の金属層は、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層から成り、前記第２の金属層は、スパッタリング法により形成されたアルミニウム層またはアルミニウム合金層から成り、前記クロム層は、スパッタリング法により形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層上に、スパッタリング法により第２の金属層及びクロム層が形成されることで、クロム層の粗な領域が形成されている。
【００１０】
また、本発明の半導体装置では、前記第３の配線層の銅層は、銅メッキ層であることを特徴とする。従って、本発明では、アルミニウム層またはアルミニウム合金層と銅層との金属反応により合金層が生成される。
【００１１】
また、本発明の半導体装置では、前記開口領域上の前記第２の配線層は、電極として用いられることを特徴とする。従って、本発明では、電極上での配線層との接続抵抗値が低減される。
【００１２】
また、本発明の半導体装置では、前記第２の絶縁層は、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜から成ることを特徴とする。従って、本発明では、本発明では、スピンコート樹脂膜としてポリベンズオキサゾール膜等が用いられることで、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化が防止され、半導体素子の表面が安定化する。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上を絶縁処理し、前記絶縁処理された半導体基板上に第１の配線層を形成し、前記第１の配線層を被覆するように前記絶縁処理された半導体基板上に第１の絶縁層を形成した後、前記第１の配線層の表面が露出するように前記第１の絶縁層に開口領域を形成する工程と、前記開口領域を埋設するように前記第１の絶縁層上に第１の金属層を形成し、前記第１の金属層を選択的に除去した後、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に第２の配線層を形成する工程と、前記第２の配線層を被覆するように前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成した後、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、第１の配線層と第２の配線層とを接続する開口領域上に、第２の配線層と第３の配線層とを接続する開口部を形成する。この製造方法により、第２の配線層と第３の配線層との接続領域には合金層が形成され、その合金層により接続抵抗値が低減される。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、ウエハの一主面上に絶縁処理され形成される第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層から前記第１の配線層が露出するように形成される開口領域と、前記開口領域内を埋設する第１の金属層と、前記第１の金属層を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層とを有する前記ウエハを準備する工程と、前記第２の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成する工程と、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、第２の配線層を形成するメーカーと第３の配線層を形成するメーカーが異なる場合においても、第２の配線層と第３の配線層との接続領域での抵抗値を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、上下層の配線層間の接続領域に、両配線層を構成する金属による合金層が形成されている。その合金層が電流経路となることで、接続抵抗値が低減される。
【００１６】
また、本発明では、上下層の配線層間の接続領域において、ＣＶＤ法により形成された金属層上にスパッタリング法により形成された金属層が積層されている。この構造により、配線層間の接続領域は、合金層が形成され易い構造となる。
【００１７】
また、本発明では、メッキ用金属層としてクロム層が用いられることで、ポリベンズオキサゾール膜と配線層間の密着性が向上される。
【００１８】
また、本発明では、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜がスピンコート樹脂膜として用いられることで、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化が防止される。
【００１９】
また、本発明では、合金層は、アルミニウム層またはアルミニウム合金層と銅層との金属反応により生成されている。両金属層は、お互いに親和性の良い金属であり、クロム層の粗な領域において反応し易く、パッド電極上での抵抗値が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１の実施の形態である半導体装置について、図１から図５を参照し、詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図１（Ｂ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態の半導体装置における開口領域を説明するための平面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の半導体装置における開口領域上の構造を説明するための断面図である。図４は、開口領域上の金属反応する領域を説明するための解析図である。図５は、開口領域上の金属反応しない領域を説明するための解析図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示す如く、シリコン基板１上には、絶縁処理用の絶縁層２が形成されている。絶縁層２は、例えば、シリコン酸化膜、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜等の少なくとも１層が選択されて形成されている。尚、シリコン基板１上に絶縁層２が形成されることで、シリコン基板１上が絶縁処理される。また、シリコン基板１としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、シリコン基板１としては、化合物半導体基板であってもよい。
【００２２】
続いて、絶縁層２上に第１の配線層３が形成されている。第１の配線層３は、例えば、バリアメタル膜４上に金属膜５が形成され、その金属膜５上に反射防止膜６が形成されている。そして、バリアメタル膜４は、例えば、チタン（Ｔｉ）やチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の高融点金属から成る。また、金属膜５は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜やアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）膜等から選択されて成るアルミニウム（Ａｌ）を主体とする合金膜から成る。また、反射防止膜６は、例えば、ＴｉＮ、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の高融点金属から成る。そして、第１の配線層３の膜厚は、例えば、０．４〜３．０（μｍ）である。
【００２３】
続いて、第１の絶縁層７が、第１の配線層３上を含め、絶縁層２上面に形成されている。この第１の絶縁層７は、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜等の少なくとも１層が選択されて形成されている。
【００２４】
続いて、開口領域８、９、１０、１１、１２が、反射防止膜６及び第１の絶縁層７を開口して形成されている。開口領域８〜１２は、フォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより、第１の配線層３上の反射防止膜６及び第１の絶縁層７に形成されている。
【００２５】
続いて、バリアメタル膜１３が、開口領域８〜１２内を含む第１の絶縁層７上面に形成されている。バリアメタル膜１３は、例えば、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成る。そして、開口領域８〜１２内では、バリアメタル膜１３は、第１の配線層３と直接接続している。
【００２６】
続いて、第１の金属層１４、１５、１６、１７、１８が、開口領域８〜１２内に埋設されている。第１の金属層１４〜１８は、例えば、タングステン（Ｗ）層から成り、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されている。
【００２７】
続いて、第２の金属層１９が、バリアメタル膜１３及び第１の金属層１４〜１８上面に形成されている。第２の金属層１９は、例えば、Ａｌ層やＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から少なくとも１層が選択されて成るＡｌを主体とする合金層により形成されている。そして、第２の金属層１９及びバリアメタル膜１３は、第２の配線層２０を構成している。尚、図示していないが、開口部２２から露出しない領域の第２の金属層１９上面には、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属層から成る反射防止膜が形成されている場合でもよい。
【００２８】
続いて、スピンコート樹脂膜２１が、第２の配線層２０上を含め、第１の絶縁層７上面に形成されている。スピンコート樹脂膜２１は第２の絶縁層であり、例えば、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）膜またはポリイミド樹脂膜等から成る。そして、ＰＢＯ膜は、感光性樹脂であり、高耐熱性、高機械特性及び低誘電性等の特性を有する膜である。更に、ＰＢＯ膜は、湿気等の外部環境から半導体素子の劣化を防止し、半導体素子の表面を安定化させることができる。
【００２９】
前述した開口領域８〜１２の形成領域上であり、第２の金属層１９上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２が形成されている。この開口部２２は、フォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ウエットエッチングにより形成されている。この開口部２２は、開口領域８〜１２の形成領域上が開口されるように、大きく１つの開口形状である。そして、開口部２２からは、第２の金属層１９が露出している。
【００３０】
続いて、メッキ用金属層２３が、開口部２２内を含むスピンコート樹脂膜２１上面に形成されている。そして、メッキ用金属層２３は、開口部２２内では第２の金属層１９と直接接続している。
【００３１】
このメッキ用金属層２３としては、二つのタイプの膜が積層して設けられている。一つ目の膜は、高融点金属膜であり、例えば、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層であり、スパッタリング法により形成されている。一つ目の膜は、メッキ用金属層２３上にメッキ層を形成する際のシード層として用いられる。更に、この一つ目の膜の上には二つ目の膜として、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が、例えば、スパッタリング法により形成されている。二つ目の膜は、メッキ用金属層２３上にメッキ層を形成する際の種として用いられる。そして、スピンコート樹脂膜２１としてＰＢＯ膜を用いた場合、例えば、メッキ用金属層２３としてＣｒ層を用いることで、ＰＢＯ膜とＣｒ層との密着性及びＣｒ層とＣｕメッキ層２４との密着性により、ＰＢＯ膜とＣｕメッキ層２４間の密着性が向上される。
【００３２】
続いて、Ｃｕメッキ層２４が、メッキ用金属層２３上面に、例えば、電解メッキ法により形成されている。Ｃｕメッキ層２４が形成される場合には、メッキ用金属層２３としてＣｕ層が用いられる。
【００３３】
一方、Ｃｕメッキ層２４に換えて金（Ａｕ）メッキ層が形成される場合には、メッキ用金属層２３として、Ｃｕ層に換えてＮｉ層が用いられる。
【００３４】
尚、図１（Ａ）では、メッキ用金属層２３としてＣｕ層を形成し、当該Ｃｕ層上面にＣｕメッキ層２４を形成する場合を図示している。そのため、メッキ用金属層２３としてのＣｕ層は、実質、電解メッキ法によりＣｕメッキ層２４と置き換わるため、Ｃｕメッキ層２４と一体に図示している。また、Ｃｕメッキ層２４に換えて、メッキ用金属層２３上に、例えば、Ａｕまたは半田から成るバンプ電極を形成する場合でもよい。
【００３５】
また、図示していないが、第２の配線層２０上面にシールド層が形成されている場合でもよい。シールド層は、例えば、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜から形成され、絶縁層２、７内への水分の進入を防止し、配線層等の腐食を防止することができる。シールド層が形成される場合には、開口部２２内に位置するシールド層は取り除かれ、開口部２２からは第２の金属層１９が露出する構造となる。
【００３６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造にバンプ電極が形成された構造を図示している。そのため、図１（Ａ）と同一の構成部材には同一の符番を付し、異なる構成部材のみを説明し、同一の構成部材はその説明を省略する。尚、メッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４が、配線層として用いられ、任意の領域に引き廻されたＣｕメッキ層２４上にバンプ電極が形成される構造を図示している。
【００３７】
図示の如く、先ずは、ＰＢＯ膜２５が、図１（Ａ）に示す構造の表面に形成されている。そして、Ｃｕメッキ層２４上のＰＢＯ膜２５には開口部２６が形成され、開口部２６からはＣｕメッキ層２４の一部が露出している。
【００３８】
続いて、バンプ電極２７が、開口部２６を介してＣｕメッキ層２４と接続して形成されている。バンプ電極２７は、例えば、下層からＣｕ、Ａｕ、半田の順に形成されている。
【００３９】
図１（Ｂ）に示す構造では、Ｃｕメッキ層２４は、この部分から半導体素子の形成領域と電気的に接続する配線層として用いられる場合でもよい。そして、Ｃｕ配線層として用いられることで、Ａｌ配線層の場合と比較して、配線抵抗値が低減される。具体的には、Ｃｕ配線層のシート抵抗値は、２．０（μΩ・ｃｍ）程度であり、Ａｌ配線層のシート抵抗値は、３．０（μΩ・ｃｍ）程度である。更に、配線層としてのＣｕメッキ層２４は、電解メッキ法により形成されることで、その膜厚が１０．０（μｍ）程度となる。一方、Ａｌ配線層は、スパッタリング法により形成されることで、その膜厚が２．０〜３．０（μｍ）程度となる。つまり、Ｃｕメッキ層２４が配線層として用いられることで、その膜厚によっても配線抵抗値が低減される。
【００４０】
図２（Ａ）は、第２の配線層２０を構成する第２の金属層１９下方の第１の絶縁層７に形成された複数の開口領域８〜１２ついて示している。尚、実線は第１の絶縁層７に形成された開口領域８〜１２を示し、点線は第２の金属層１９を示し、一点鎖線は第１の配線層３を示している。
【００４１】
図示したように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域の第１の絶縁層７に開口領域８〜１２が形成されている。前述したように、開口領域８〜１２には第１の金属層１４〜１８（図１（Ａ）参照）が埋設され、第１の配線層３と第２の配線層２０とは電気的に接続している。そして、開口領域８〜１２は、例えば、一辺の長さが０．５〜２０．０（μｍ）の範囲から成り、四角形形状である。詳細は後述するが、第１の金属層１４〜１８上に直接第２の金属層１９が形成される領域が増大することで、開口領域１４〜１８上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が低減される。尚、開口領域８〜１２の開口形状は、必ずしも四角形形状である必要はなく、三角形形状、円形状等の種々の形状であってもよい。
【００４２】
また、図２（Ｂ）に示すように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域が、配線パターンの線幅よりも広く配置される場合、例えば、正方形状となる場合でもよい。前述した重なり合う領域に位置する第１の絶縁層７に開口領域８〜１２、２８〜４７が形成される場合でもよい。そして、開口領域８〜１２、２８〜４７が、例えば、前述した重なり合う領域の第１の絶縁層７に市松模様となるように形成されている。ここでの市松模様とは、あたかも開口領域８〜１２、２８〜４７が島状に位置し、マトリックス状に並んだ形状であり、第１の絶縁層７は、この開口領域８〜１２、２８〜４７を囲むように格子状に形成されている。尚、詳細は後述するが、第１の金属層であるＷ層が埋設される領域が増大することで、開口領域８〜１２、２８〜４７上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が大幅に低減される。
【００４３】
一方、図２（Ｃ）に示すように、平面的に見た場合に第１の配線層３と第２の金属層１９とが重なり合う領域に位置する第１の絶縁層７に１つの開口領域４８が形成される場合でもよい。尚、詳細は後述するが、第１の金属層であるＷ層が埋設される領域が増大することで、開口領域４８上での第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が大幅に低減される。
【００４４】
図３（Ａ）は、開口領域９〜１１上でのバリアメタル膜１３、第１の金属層１５〜１７、第２の金属層１９、メッキ用金属層２３、Ｃｕメッキ層２４の接続状態を示している。尚、図示していないが、開口領域８、１２上においても同様な構造となる。
【００４５】
第２の金属層１９は、Ａｌ層またはＡｌ合金層であり、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜１３または第１の金属層１５〜１７上に堆積されている。そして、バリアメタル膜１３は、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属であり、例えば、スパッタリング法により第１の絶縁層７上面に形成されている。そして、バリアメタル膜１３の結晶構造は、柱状結晶構造であると推定される。一方、第１の金属層１５〜１７は、Ｗ層であり、例えば、ＣＶＤ法により形成されている。そして、第１の金属層１５〜１７の結晶構造は、微小なグレインから構成された多結晶構造であると推定される。つまり、第１の金属層１５〜１７の結晶構造は、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４６】
この構造により、第２の金属層１９は、下層膜の結晶構造の影響を受けるため、第２の金属層１９の結晶構造は、バリアメタル膜１３上と第１の金属層１５〜１７上とでは異なる。具体的には、第２の金属層１９は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜１３上面では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、第２の金属層１９は、砂状のハッチングがされた領域、つまり、第１の金属層１５〜１７上面では、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４７】
更に、メッキ用金属層２３を構成するＣｒ層が、例えば、スパッタリング法により第２の金属層１９上面に堆積されている。そして、Ｃｒ層においても第２の金属層１９と同様に、下層膜の結晶構造の影響を受ける。そのため、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜１３上方では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、斜線のハッチングがされた領域、つまり、第１の金属層１５〜１７上方では、Ｃｒ層は、結晶粒子間が粗な状態であり、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００４８】
Ｃｕメッキ層２４は、結晶粒子間が粗な状態と結晶粒子間が密な状態の両状態を有するＣｒ層上面に形成されている。そして、前述したように、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間が広くなり、結晶粒子が存在している部分と結晶粒子が存在していない部分が発生する。この結晶粒子が粗な領域において、Ｃｕメッキ層２４とＡｌ層またはＡｌ合金層から成る第２の金属層１９とが金属反応している。この現象は、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層（Ａｌ層またはＡｌ合金層）１９とは、親和性が良く、金属反応し易いために起こる。
【００４９】
具体的には、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子同士が密に接しておらず、結晶粒子間が開いて存在する、粗状態となる。そして、後工程の熱処理、例えば、バンプ電極形成時の熱処理により、Ｃｒ層の結晶粒子が粗な領域では、Ｃｒ層の上下に形成されたＣｕメッキ層２４と第２の金属層１９とが、結晶粒子間を流動し、金属反応する。そして、金属反応した領域には、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成されている。
【００５０】
図３（Ｂ）では、開口領域４９、５０、５１が形成された絶縁層５２上面に金属層５３、メッキ用金属層５４及びＣｕメッキ層５５が形成されている構造を示している。図示したように、開口領域４９〜５１は、バリアメタル膜５６、５７、５８及び金属層５９、６０、６１により埋設された後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により研磨されている。そして、絶縁層５２、バリアメタル膜５６〜５８及び金属層５９〜６１により平坦面が形成され、その平坦面上に金属層５３が形成されている。尚、図２（Ａ）と同様に、金属層５３は、Ａｌ層またはＡｌ合金層であり、例えば、スパッタリング法により形成されている。メッキ用金属層５４を構成するＣｒ層は、例えば、スパッタリング法により形成されている。バリアメタル膜５６〜５８は、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属であり、例えば、スパッタリング法により形成されている。金属層５９〜６１は、Ｗ層であり、例えば、ＣＶＤ法により形成されている。また、Ｃｕメッキ層５５は、メッキ用金属層５４を構成するＣｕ層を種として電解メッキ法により形成されている。
【００５１】
この構造により、金属層５３は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜５６〜５８及び絶縁層５２上面では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、金属層５３は、砂状のハッチングがされた領域、つまり、金属層５９〜６１上面では、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００５２】
更に、メッキ用金属層５４を構成するＣｒ層は、ハッチングがされていない領域、つまり、バリアメタル膜５６〜５８及び絶縁層５２上方では、結晶粒子間が密な状態であり、柱状結晶構造であると推定される。一方、斜線のハッチングがされた領域、つまり、金属層５９〜６１上方では、Ｃｒ層は、結晶粒子間が粗な状態であり、結晶方位に統一性のない結晶構造であると推定される。
【００５３】
そして、Ｃｕメッキ層５５は、結晶粒子間が粗な状態と結晶粒子間が密な状態の両状態を有するＣｒ層上面に形成されている。図３（Ａ）の構造にて前述したように、斜線のハッチングで示し、Ｃｒ層の結晶粒子間が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間が広くなり、Ｃｒ層の結晶粒子間において、Ｃｕメッキ層５５とＡｌ層またはＡｌ合金層から成る金属層５３とが金属反応している。そして、金属反応した領域には、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成されている。
【００５４】
図４は、図３（Ａ）に示すメッキ用金属層２３において、斜線のハッチングがされた領域の解析図である。図示したように、＋印０１１が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域上がＣｕメッキ層２４である。＋印０１２が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域がＣｒ層である。＋印０１３が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域が破断されている領域が合金層である。＋印０１４が示し、図面の中央領域を横断する黒い領域下が第２の金属層１９である。図に示すように、Ｃｒ層の結晶粒子が粗な領域では、Ｃｒ層の結晶粒子間を前述した金属が流動し、金属反応した合金層により、Ｃｒ層が破断されている。そして、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９とが、合金層により接続されている。
【００５５】
このとき、定かではないが、第２の金属層１９表面に形成された酸化膜は、金属反応の際に、若干、金属反応する領域から他の領域に追いやられたり、あるいは、拡散し無くなってしまったりする。つまり、金属反応し、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成される領域は、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９との間にＣｒ層が存在する領域よりも低抵抗領域となる。
【００５６】
図５は、図３（Ａ）に示すメッキ用金属層２３において、ハッチングがされていない領域の解析図である。図示したように、＋印００１が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域上の黒い領域がＣｕメッキ層２４である。＋印００２が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域の直上が、Ｃｕメッキ層２４とＣｒ層との境界領域である。＋印００３が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域がＣｒ層である。＋印００４が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域の直下がＣｒ層と第２の金属層１９との境界領域である。＋印００６が示し、図面の中央領域を縞状に横断する領域下の白い領域が第２の金属層１９である。図に示すように、Ｃｒ層の結晶粒子は柱状結晶状態であり、結晶粒子同士が当接するようにＣｒ層は密な状態である。そのため、Ｃｕメッキ層２４と第２の金属層１９とは、Ｃｒ層の結晶粒子間を介して金属反応することなく、Ｃｒ層により区分されている。尚、＋印００４で示す領域では、第２の金属層１９表面に形成された酸化膜も観察される。
【００５７】
そして、Ｃｒ層の結晶粒子が密な領域では、第２の金属層１９表面の酸化膜及びＣｒ層によって、金属反応し合金層が存在する領域よりも高抵抗領域となる。
【００５８】
つまり、Ｃｕメッキ層２４は、第１の配線層３と第２の配線層２０とを接続させる開口領域８〜１２上において、第２の配線層２０と接続している。この構造により、第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４間を流れる電流は、開口領域８〜１２上方のＣｕとＡｌとを含む合金層が形成された領域を主な電流経路としている。前述したように、Ｃｒ層が粗な領域であり、合金層が形成された領域は、Ｃｒ層が密な領域よりも低抵抗領域であるため、第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４との接続抵抗値が低減される。
【００５９】
尚、本実施の形態では、メッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４により配線層を構成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３に換えて、例えば、スパッタリング法によりＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成るバリアメタル膜を形成し、Ｃｕメッキ層２４に換えて、例えば、スパッタリング法によりＣｕ層を形成する構造の場合でもよい。この構造においても、バリアメタル膜の粗な領域を介して、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成され、更に、第２の金属層１９上の酸化膜が拡散し無くなる等により、第２の配線層２０とＣｕ層との接続抵抗値が低減される。また、スピンコート樹脂膜２１に換えて、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜等の絶縁層が形成される場合でもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、Ａｌ層またはＡｌ合金層を主金属材料とする第２の配線層２０とＣｕメッキ層２４から成る配線層との接続構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、配線幅を広く形成した領域を電極として用い、電極とＣｕメッキ層との接続抵抗値を低減する構造でもよい。この構造においても、電極下方に配置しれた開口領域内にＷ層を埋設し、電極を構成するＡｌ層またはＡｌ合金層とＣｕメッキ層とが金属反応し、電極上に合金層が形成されることで同様な効果を得ることができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、絶縁層２上方に、第１の配線層３、第２の配線層２０及びＣｕメッキ層２４から成る配線層が形成される構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁層２内に、例えば、Ａｌ層またはＡｌ合金層を主金属材料とする配線層が形成され、更なる、多層配線構造となる場合でもよい。また、絶縁層２に形成された開口領域を介して、第１の配線層３とシリコン基板１に形成された半導体素子の拡散領域とが電気的に接続している構造の場合でもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法について、図６〜図９を参照し、詳細に説明する。図６〜図９は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、本実施の形態では、図１（Ａ）に示す構造の製造方法を説明するため、同一の構成部材には同一の符番を付している。
【００６３】
先ず、図６に示す如く、シリコン基板（ウエハ）１を準備し、シリコン基板１上に絶縁層２を形成する。シリコン基板１としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、シリコン基板１としては、化合物半導体基板であってもよい。当然であるが、シリコン基板１（エピタキシャル層が形成されている場合には、エピタキシャル層も含む）には、拡散領域により半導体素子が形成されている。また、絶縁層２としては、シリコン酸化膜、ＮＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等の少なくとも１層が選択されて形成され、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
【００６４】
続いて、絶縁層２上に第１の配線層３を形成する。具体的には、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜４として、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。連続して、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、金属膜５として、例えば、Ａｌ膜またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金膜を堆積する。更に、連続して、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、反射防止膜６として、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属を堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜４、金属膜５及び反射防止膜６を選択的に除去し、第１の配線層３を形成する。
【００６５】
次に、図７に示す如く、第１の配線層３上を含む、シリコン基板１上に第１の絶縁層７を形成する。第１の絶縁層７としては、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜等が形成される。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、第１の配線層３上の反射防止膜６及び第１の絶縁層７に開口領域８、９、１０、１１、１２を形成する。開口領域８〜１２は、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより形成される。
【００６６】
次に、図８に示す如く、開口領域８〜１２内を含む、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜１３として、ＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。そして、シリコン基板１上に、例えば、ＣＶＤ法により、第１の金属層１４〜１８としてＷ層を堆積した後、エッチバックし、開口領域８〜１２内をバリアメタル膜１３及び第１の金属層１４〜１８により埋設する。その後、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、第２の金属層１９として、例えば、Ａｌ層またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金層を堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜１３及び第２の金属層１９を選択的に除去し、第２の配線層２０を形成する。
【００６７】
尚、必要に応じてＡｌ層またはＡｌ合金層から成る第２の金属層１９の上層には、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属から成る反射防止膜が形成されてもよい。
【００６８】
次に、図９に示す如く、シリコン基板１上に、例えば、回転塗布法により、スピンコート樹脂膜２１を形成する。材料としては、ＰＢＯ膜、ポリイミド樹脂膜等が用いられる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、開口領域８〜１２の形成領域であり、第２の金属層１９上のスピンコート樹脂膜２１に開口部２２を形成する。そして、開口部２２からは、第２の金属層１９が露出している。尚、スピンコート樹脂膜２１に開口部２２を形成する工程により、第２の金属層１９表面に、例えば、３（ｎｍ）程度の酸化膜が形成される。
【００６９】
次に、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、Ｃｒ層７１とＣｕ層７２とを全面に堆積して形成する。そして、例えば、メッキ用金属層２３としてＣｒ層７１を用いることで、ＰＢＯ膜とＣｕメッキ層２４（図１０参照）間の密着性を向上させることができる。その後、Ｃｕメッキ層２４をリフトオフにパターニングするため、Ｃｕメッキ層２４の形成領域を除いた部分にフォトレジスト層７３を形成する。
【００７０】
次に、図１０に示す如く、電解メッキ法により、Ｃｕメッキ層２４を形成する。前述したように、Ｃｒ層７１はシード層として用いられ、Ｃｕ層７２は電解メッキの際の種として用いられる。
【００７１】
続いて、前述したフォトレジスト層７３を取り除くことにより、Ｃｒ層７１及びＣｕ層７２上のＣｕメッキ層２４がパターニングされる。更に、このＣｕメッキ層２４をマスクとして用い、ウエットエッチングによりＣｒ層７１及びＣｕ層７２を選択的に除去し、図１（Ａ）に示す構造が完成する。その後、図示していないが、Ｃｕメッキ層２４上にＰＢＯ膜２５、バンプ電極２７（図１（Ｂ）参照）を形成する場合でもよい。
【００７２】
尚、電解メッキ法により、メッキ用金属層２３上にＣｕメッキ層２４が形成されるが、Ｃｕ層７２は、実質、Ｃｕメッキ層２４と置き換えられる。そのため、Ｃｕメッキ層２４とＣｕ層７２とは一体に図示し、Ｃｒ層７１のみ図示している。
【００７３】
本実施の形態では、ウエハを準備し、ウエハ上に絶縁層２、第１の配線層３、第１の絶縁層７、開口領域８〜１２、バリアメタル膜１３、第１の金属層１４〜１８、第２の金属層１９を形成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁層２、第１の配線層３、第１の絶縁層７、開口領域８〜１２、バリアメタル膜１３、第１の金属層１４〜１８、第２の金属層１９が形成された状態のウエハを準備し、前記ウエハに対してスピンコート樹脂膜２１、開口部２２、メッキ用金属層２３、Ｃｕメッキ層２４、バンプ電極２７等を形成する場合でもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、メッキ用金属層２３として、Ｃｒ層７１上にＣｕ層７２を堆積する場合（図９参照）について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３としては、Ｃｒ層７１の換わりにＴｉ層やＴｉＷ層が用いられ、Ｃｕ層７２の換わりにＮｉ層が形成される場合でもよい。そして、Ｎｉ層が用いられる場合には、Ｎｉ層上にＣｕメッキ層に換えてＡｕメッキ層が形成される場合でもよい。
【００７５】
また、本実施の形態では、開口部２２内及びスピンコート樹脂膜２１上にメッキ用金属層２３及びＣｕメッキ層２４を形成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、メッキ用金属層２３に換えて、例えば、スパッタリング法によりＴｉやＴｉＮ等の高融点金属から成るバリアメタル膜を形成し、Ｃｕメッキ層２４に換えて、例えば、スパッタリング法によりＣｕ層を形成する場合でもよい。この製造方法においても、バリアメタル膜の粗な領域を介して、ＣｕとＡｌとを含む合金層が形成され、更に、第２の金属層１９上の酸化膜が拡散し無くなる等により、第２の配線層２０とＣｕ層との接続抵抗値が低減される。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置の金属反応する領域を説明するための解析図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の金属反応しない領域を説明するための解析図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図である。
【図１２】従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図、（Ｆ）断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ シリコン基板
３ 第１の配線層
７ 第１の絶縁層
８ 開口領域
１３ バリアメタル膜
１４ 第１の金属層
１９ 第２の金属層
２０ 第２の配線層
２１ スピンコート樹脂膜
２３ メッキ用金属層
２４ Ｃｕメッキ層
２７ バンプ電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁処理され設けられる第１の配線層と、
前記第１の配線層を被覆するように形成される第１の絶縁層と、
前記第１の配線層の表面を露出するように、前記第１の絶縁層に設けられる開口領域と、
前記開口領域を埋設し、前記第１の配線層と接続するように形成される第１の金属層と、
前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層と、
前記第２の配線層を被覆するように形成される第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層に形成された開口部を介して前記第２の配線層と接続するように形成される第３の配線層とを有する半導体装置において、
前記開口部は、前記第１の金属層の形成領域上に配置され、
前記開口部内に位置する前記第２の配線層と前記第３の配線層との接続領域には、前記第２の配線層を構成する金属層と前記第３の配線層を構成する金属層との合金層が生成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第３の配線層は、クロム層と、前記クロム層上に銅層を有し、
前記第１の金属層と接続している第２の配線層上に形成された前記クロム層の結晶粒子間隔は、他の領域の前記クロム層の結晶粒子間隔よりも広くなり、前記合金層は、前記クロム層の広い結晶粒子間に生成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の配線層は、バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される第２の金属層とを有し、
前記第２の金属層は、前記第１の金属層と接続し、前記開口部内の前記クロム層は、前記第１の金属層上の前記第２の金属層と接続していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属層は、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層から成り、前記第２の金属層は、スパッタリング法により形成されたアルミニウム層またはアルミニウム合金層から成り、前記クロム層は、スパッタリング法により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第３の配線層の銅層は、銅メッキ層であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記開口領域上の前記第２の配線層は、電極として用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁層は、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上を絶縁処理し、前記絶縁処理された半導体基板上に第１の配線層を形成し、前記第１の配線層を被覆するように前記絶縁処理された半導体基板上に第１の絶縁層を形成した後、前記第１の配線層の表面が露出するように前記第１の絶縁層に開口領域を形成する工程と、
前記開口領域を埋設するように前記第１の絶縁層上に第１の金属層を形成し、前記第１の金属層を選択的に除去した後、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に第２の配線層を形成する工程と、
前記第２の配線層を被覆するように前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成した後、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の金属層としてＣＶＤ法によりタングステン層を形成した後、前記第２の配線層としてスパッタリング法によりアルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３の配線層としてスパッタリング法によりクロム層及び前記クロム層上に銅層を形成した後、前記銅層上に電解メッキ法により銅メッキ層を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の絶縁層としてポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜を形成することを特徴とする請求項８または請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
ウエハの一主面上に絶縁処理され形成される第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層から前記第１の配線層が露出するように形成される開口領域と、前記開口領域内を埋設する第１の金属層と、前記第１の金属層を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層とを有する前記ウエハを準備する工程と、
前記第２の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の金属層としてＣＶＤ法によりタングステン層を形成した後、前記第２の配線層としてスパッタリング法によりアルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３の配線層としてスパッタリング法によりクロム層及び前記クロム層上に銅層を形成した後、前記銅層上に電解メッキ法により銅メッキ層を形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の絶縁層としてポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜を形成することを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に絶縁処理され設けられる第１の配線層と、
前記第１の配線層を被覆するように形成される第１の絶縁層と、
前記第１の配線層の表面を露出するように、前記第１の絶縁層に設けられる開口領域と、
前記開口領域を埋設し、前記第１の配線層と接続するように形成される第１の金属層と、
前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層と、
前記第２の配線層を被覆するように形成される第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層に形成された開口部を介して前記第２の配線層と接続するように形成される第３の配線層とを有する半導体装置において、
前記開口部は、前記第１の金属層の形成領域上に配置され、
前記開口部内に位置する前記第２の配線層と前記第３の配線層との接続領域には、前記第２の配線層を構成する金属層と前記第３の配線層を構成する金属層との合金層が生成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第３の配線層は、クロム層と、前記クロム層上に銅層を有し、
前記第１の金属層と接続している第２の配線層上に形成された前記クロム層の結晶粒子間隔は、他の領域の前記クロム層の結晶粒子間隔よりも広くなり、前記合金層は、前記クロム層の広い結晶粒子間に生成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の配線層は、バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される第２の金属層とを有し、
前記第２の金属層は、前記第１の金属層と接続し、前記開口部内の前記クロム層は、前記第１の金属層上の前記第２の金属層と接続していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属層は、ＣＶＤ法により形成されたタングステン層から成り、前記第２の金属層は、スパッタリング法により形成されたアルミニウム層またはアルミニウム合金層から成り、前記クロム層は、スパッタリング法により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第３の配線層の銅層は、銅メッキ層であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記開口領域上の前記第２の配線層は、電極として用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁層は、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上を絶縁処理し、前記絶縁処理された半導体基板上に第１の配線層を形成し、前記第１の配線層を被覆するように前記絶縁処理された半導体基板上に第１の絶縁層を形成した後、前記第１の配線層の表面が露出するように前記第１の絶縁層に開口領域を形成する工程と、
前記開口領域を埋設するように前記第１の絶縁層上に第１の金属層を形成し、前記第１の金属層を選択的に除去した後、前記第１の金属層上を含む前記第１の絶縁層上に第２の配線層を形成する工程と、
前記第２の配線層を被覆するように前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成した後、前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の金属層としてＣＶＤ法によりタングステン層を形成した後、前記第２の配線層としてスパッタリング法によりアルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３の配線層としてスパッタリング法によりクロム層及び前記クロム層上に銅層を形成した後、前記銅層上に電解メッキ法により銅メッキ層を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の絶縁層としてポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜を形成することを特徴とする請求項８または請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
ウエハの一主面上に絶縁処理され形成される第１の配線層と、前記第１の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層から前記第１の配線層が露出するように形成される開口領域と、前記開口領域内を埋設する第１の金属層と、前記第１の金属層を含む前記第１の絶縁層上に形成される第２の配線層とを有する前記ウエハを準備する工程と、
前記第２の配線層を被覆するように前記ウエハの一主面上に第２の絶縁層を形成し、前記第１の金属層上の前記第２の配線層が露出するように前記第２の絶縁層に開口部を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の開口部から露出する前記第２の配線層と接続するように第３の配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の金属層としてＣＶＤ法によりタングステン層を形成した後、前記第２の配線層としてスパッタリング法によりアルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３の配線層としてスパッタリング法によりクロム層及び前記クロム層上に銅層を形成した後、前記銅層上に電解メッキ法により銅メッキ層を形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の絶縁層としてポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜を形成することを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２７０３６６（Ｐ２００８−２７０３６６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０８５４８（Ｐ２００７−１０８５４８）
【出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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